煤中水分

水分(Moisture,M)是一项重要的煤质指标，水分在煤的基础理论研究和加工利用中具有重要的作用，又是基准(收到基)换算的基础数据。全水分更是商品煤计量不可缺少的重要指标。

（一) 水分对煤利用影响

水分是煤中无利有害的无机物质。煤的水分直接影响煤的使用、运输和储存。

在煤的利用中首先遇到的是煤的破碎问题，水分高的煤就难以破碎，筛分困难，降低了生产效率；在锅炉燃烧中，更多的水分蒸发汽化，要消耗更多的热能，致使可以用于发电的有效热量(低位发热量)降低，使炉内温度下降，导致机械热损失和化学不完全燃烧热损失增加，锅炉热效率下降。同时，煤中水分越大，烟气体积增加，由烟气带走的热量也就增加，排烟热损失及排风机电能消耗也相应加大，这样将使锅炉运行的经济性受到很大影响；在炼焦时，水分高会降低焦产率；而且由于水分大量蒸发带走热量而延长焦化周期。水分过大时，还会损坏焦炉，使焦炉使用年限缩短。此外，炼焦煤中的各种水分，包括热解水全部转入焦化剩余氨水，增大了焦化废水处理的负荷。

煤的水分增加，还增加了无效运输，并给卸车带来了困难。特别是冬季寒冷地区，经常发生冻车，影响卸车，影响生产，影响车皮周转，加剧了运输的紧张。  

煤的水分也容易引起煤炭粘仓而减小煤仓容量，甚至发生堵仓事故。随着矿井开采深度的增加，采掘机械化的发展和井下安全生产的加强，以及喷雾洒水、煤层注水、综合防尘等措施的实施，原煤水分呈增加的趋势。为此，煤矿除在开采设计上和开采过程中的采煤、掘进、通风和运输等各个环节上制定减少煤的水分的措施外，还应在煤的地面加工中采取措施减少煤的水分。

煤中全水分含量是计算煤的低位发热量的一个重要参数，没有可靠的低位发热量的计算结果，就无法准确计算标准煤耗。

(二) 水分种类

(1) 全水与空气干燥基水分

根据煤样所处的状态，水分可分为全水 (M_t)和空气干燥基水分(简称为空干基水，M_ad)。全水是煤所持有水分的总和，从检验者的角度讲，全水称为收到基水分(M_ar)，收到基水分是指煤在使用状态时存在的水分，一般可认为M_ar=M_t。

煤中空干基水分是指室温条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时煤所持有的水分，通常指分析用煤样(<0.2mm)在实验室大气中达到平衡后所保留的水分，有时则与分析水分混用。不准确地讲，煤中空干基水分也可以认为是内在水分。

(2)煤中游离水和化合水  

煤中水分按存在形态的不同分为两类，既游离水和化合水。游离水是以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分；化合水也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙(CaSO₄.2H₂O)和高龄土(Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O) 中的结晶水。游离水在105～110℃的温度下经过1～2小时可蒸发掉，而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。但煤中含量很少的硫酸钙二水化合物(CaSO₄.2H₂O)失水温度仅163℃，而高岭土(Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O)组分中的结合水的分解失水温度高达560℃。

煤的工业分析中只测试游离水，不测结晶水。

 (3)煤中游离水的形态－煤的外在水分和内在水分  

根据水分存在的不同结构状态，煤的游离水分又分为外在水分和内在水分两种。，而内在水分需要}Od℃以上的温度经过一定时间后才能蒸发。

①含义

 外在水分，是附着在煤颗粒表面的水分，以机械的方式与煤相结合。外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。外在水分在室温条件下蒸发掉，且随着温度的升高，蒸发速度加快，可45～50℃的温度下放置一定时间后即能完全失去。

 内在水分，以物理化学方式与煤相结合，即以吸附或凝聚方式存在于煤颗粒内部毛细孔中的水分。内在水分较难蒸发，需在100℃以上的温度经过一定时间才能蒸发。

②测定

根据GB/T 211-2007《煤中全水分测定》，外在水分为粒度小于13 mm的煤样在环境温度或不高于40℃的空气干燥箱中水分蒸发至煤质量恒定(连续干燥1h，每100g煤质量变化小于0.1g)时所测得的水分。内在水分为已失支外在水分的煤在粒度小于3 mm情况下，于105～110℃的空气干燥箱中水分蒸发至煤质量恒定(连续干燥30min，每100g煤质量变化小于0.1g)时所测得的水分。

③意义

煤中各种水分的多少在一定程度上反映了煤质状况。煤中的内在水分，与煤化度密切相关。低煤化度煤结构疏松，结构中极性官能团多，内部毛细管发达，内表面积大，因此内在水分大。例如褐煤的内在水分可高达20％以上。随着煤化度的提高，内在水分减少。在烟煤中的肥煤与焦煤变质阶段，内在水分达到最小值(小于1%)。到高变质的无烟煤阶段，由于缩聚的收缩应力使煤粒内部的裂隙增加，内在水分又有所增加，内在水分可达到4％左右。

+ W, `8 `8 f% K$ C) _' {) x. \; ?(4)煤中各形态水关系

煤中全水分，是指煤中全部的游离水分，即煤中外在水分和内在水分之和。必须指出的是，化验室里测试煤的全水分是所测的煤的外在水分和内在水分，与上面讲的煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是完全不同的。化验室里所测的外在水分是指在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时失去的水分(这是吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失去一部分，其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大)，而内在水分是指在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时保持的水分。显然，化验室测试的外在水分和内在水分，除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外，还与测试时空气的湿度和温度有关。

理论上讲，全水是煤中所持有的水分总和，应包括可以测定的具体数值的游离水和不可测定准确数值的化合水。但实际上，根据目前的测定方法，全水仅指游离水，即外在水和内在水的总和。也就是说，理论上的全水包括煤中的游离水和化合水，实际意义的全水仅指煤中的游离水。理论意义上的全水(游离水+化合水)高于实际测定的全水(游离水)。

收到基水分与全水是从不同角度说明煤中总水量的2个概念。作为检验者仅对来样负责，仅能测得收到煤样的水分(即，收到基水)。由于水分受密封程度、环境状况和采收情况的影响，为分清责任，检测报告仅能报出收到基水分，无法知道真正意义上的煤中全水。在不考虑责任和忽略采样、煤样运送水分情况下，全水和收到基水分相等。实际上，煤中全水是一个变化值，真正意义的全水是不可能准确测定得，我们仅能给出一定概率条件下全水的近似值，即收到基水分。

内在水和外在水是指游离水在煤中存在形态，其值是其存在形态的百分比。实际上，利用现行检测方法无法知道其值。只能根据煤孔隙结构和在孔结构中水的蒸汽压规定大致的数值。也就是说，内在水分和外在水分仅是规定实验条件下的值。严格地讲，现行煤中外在水应称为空气干燥失水，内在水分应称为空气干燥残留水。

空气干燥基水分是0.2mm煤样与空气湿度构成平衡时在105～110℃条件下所测得的煤样水分，而内在水分是3mm煤样与空气湿度构成平衡时在105～110℃条件下所测得的煤样水分。因此，空气干燥水分与内在水分测试所使用的煤样粒度不同，二值必定不一样。但空气干燥水在一定程度上可反映出内在水分值的大小。

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(三)全水测定

煤的全水分测试方法要点详见GB/T211-2007。全水测定方法包括3种方法(如图2所示)，包括二步法、一步法和微波法。各测定方法所涉及到的煤样粒度、质量、干燥方法(温度)、气流。说明如表1所示。

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表3.1 GB/T211-2007 煤中全水测定所涉及的测定条件

(1)方法提要

①两步法(方法A)：包括2种方法，即，氮气流中干燥(方法A1)和在空气流中干燥(方法A2)。两步法中第一步相同，皆在温度不高于40℃的环境下干燥，第二步中A1在氮气流干燥，A2在空气流中干燥。详细如下：

方法A1(在氮气流中干燥)：一定量的粒度<13 mm的煤样，在温度不高于40℃的环境下干燥到质量恒定，再将煤样破碎到粒度<3 mm，于(105～110)℃下，在氮气流中干燥到质量恒定。根据煤样两步干燥后的质量损失计算出全水分。

方法A2(在空气流中干燥)：一定量的粒度<13 mm的煤样，在温度不高于40℃的环境下干燥到质量恒定，再将煤样破碎到粒度<3 mm，于(105～110)℃下，在空气流中干燥到质量恒定。根据煤样两步干燥后的质量损失计算出全水分。

②一步法 (方法B)：包括2种方法，即，氮气流中干燥(方法B1)和在空气流中干燥(方法B2)。详细如下：

方法B1(在氮气流中干燥）：称取一定量的粒度<6 mm的煤样，于(105～110)℃下，在氮气流中干燥到质量恒定。根据煤样干燥后的质量损失计算出全水分。

方法B2(在空气流中干燥)：称取一定量的粒度<13 mm(或<6 mm)的煤样，于(105～110)℃下，在空气流中干燥到质量恒定。根据煤样干燥后的质量损失计算出全水分。

③微波干燥法 (方法C)：称取一定量的粒度<6 mm的煤样，置于微波炉内。煤中水分子在微波发生器的交变电场作用下，高速振动产生摩擦热，使水分迅速蒸发。根据煤样干燥后的质量损失计算出全水分。

(2)说明

(1)干燥容器： 500g煤样（即粒度<13mm）用浅盘，10g煤样用称量瓶（即粒度<6mm或<3mm）；

(2)质量恒定的标志：500g煤样（即粒度<13mm）质量变化不大于0.5g或质量增加为止（该情况下以增重前一次的质量为准）；10g煤样质量变化不超过0.01g或质量增加为止（该情况下以增重前一次的质量为准）。即减量所造成的全水误差小于0.1%。

(3)检查性干燥时间：除二步法第一步外在水分测定中，检查性干燥时间为1h外，其它的检查性干燥时间皆为30min。

(4)天平要求：500g煤样用工业天平(感量0.1g)，10g煤样用分析天平(感量0.001g)。

(5)冷却要求：利用工业天平，趁热称量；用分析天平，则在空气中放置约5min后放入干燥器中，冷至室温（约20min）称量。

(6)二步法水分的计算：二步法煤中水分全水M_t按照下式计算。

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式中，M_t为煤样的全水分，用质量百分数表示，%；M_f为煤样的外在水分，用质量百分数表示，%；M_f为煤样的内在水分，用质量百分数表示，%。

(7)水分补正的计算：

如煤样的水分在运送过程中有损失，则全水M_t按照下式计算。

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     式中，M_t^/为在考虑煤样在运送过程中的水分损失时煤样的全水分，用质量分数表示，%；M₁为煤样在运送过程中的水分损失百分率，%；M_t为不考虑煤样在运送过程中的水分损失时测得的水分，用质量分数表示，%。